DE1673607C3 - Regelungs-Vorrichtung zur Steuerung eines Stellgliedes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung zu Steuerung eines Stellgliedes zur Regelung einer veriiti derlichen Meßgroße, mit einer Meß- und Übertra gungsvurricrnung zur Erzeugung eines Signals, das pro ίο purfmnal einer Meßgrößenänderung ist, ferner int einer SoIIw eriemgabeeinnchtung. mit der ein Betriebs soliwert für die Regelungsvorrichtung einführbar um ein entsprechendes Sollwertsignal erzeugbar ist. nu einem Veryleicher zum Vergleichen des proportionale! Signals mit dem Sollwerisignal. der zwischen zwei Aus nangswerten arbeitet, nämlich ein maximales Aus sarurssignal erzeugt, sobald das proportionale Signa kleiner ist als das Sollwertsignal, und kein Ausgangssi gnal erzeugt, sobald das proportionale Signal größer is als das Sollwerisignal, und mit einer vorzugsweise ein stellbaren Signaldrosseleinrichtung.

Oie einfachste Form der automatischen Regelung isi bekanntlich die Zweipunktregelung, die sich durer einen Ein-zAus-Schaltvorgang kennzeichnet. Sobald ir 'liesem EaIIe die variable Meßgröße einen Sollwert übersteigt, schallet der Zweipunktregler ein. und wenr dann auf Grund dieses Vorgangs die. Meßgröße untei den Sollwert absinkt, schallet der Zweipunktregler wieder aus. Diese grobe Form der Regelung ist jedoch ungenau und für viele Anwendungsfällc unbefriedigend.

Bei einer anderen bekannten Form der Regelung, die als proportionale Regelung bekannt ist. wird ein Fehlersignal erzeugt, dessen Höhe proportional dem Betrag ist. um den die gemessene, veränderliche Meßgröße von dem Sollwert abweicht. Das Reglerelemeni wird in diesem Falle kontinuierlich nach dem Wer! des Eehiersipnal'. verstellt. Bekanntlich erfordert aber die Herstellung eines proportionalen Reglers einen erheblichen Kostenaufwand.

Allen bekannten Reglern haftet ein besonderer Nachteil an. der darin besteht, daß in den Fällen, in denen keine extrem empfindliche und damit sehr teuere Ausrüstung verwendet werden soll oder kann, das Meßgerät selbst dann ein ziemlich starkes Ausgangssignal erzeugen muß, wenn die gemessene variable Größe nur geringfügig von dem eingestellten Sollwert abweicht. In diesem Falle M also das Ausgangssignal nicht sehr viel kleiner als für den Fall, daß die veränderliche Meßgröße um einen großen Betrag vom Sollwert abweicht.

Es ist ferner bekannt, die Arbeitsweise von Regelsystemen durch eine höhere Empfindlichkeit zu verbessern. Dies kann dadurch geschehen, daß die festgestellte Meßgrößenänderung verstärkt oder vervielfacht wird, so daß ein größeres Fehlcrsignal für eine klein' Änderung gebildet wird. Bei Proportionalrcglcrn hat jedoch jede nennenswerte Vervielfachung und Verstärkung der festgestellten Änderung der Meßgröße bisher die Stabilität des Systems nachteilig beeinflußt, so daß die Verstärkung auf einen Faktor von etwa 2 begrenzt wurde. In einem stabilen System schwingen die Wirkungen von Störungen oder die Kinschallstöße des Systems mit der Zeit aus. während sie sich bei einem instabilen System ständig vergrößern, bis das System ausfällt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Regelungsvorrichtung der genannten Art so auszubilden, daß eine größere Empfindlichkeit geschaffen wird.

ohne daß dadurch die Regelung instabil wird, und ohne daß das Stellglied plol/lieheti Sign.ilwechsi.-ln unterworfen wird.

Dies wird erfinüungsgemaß dadurch erreicht, daIi eine Vorspanneinrichtung vorgesehen ist. durch die ein bestimmter Wert von dem proportionalen Signal, das von der MeIi- und Übertragungseinrichtung er/eugt wird, abziehbar ist. und dali ein Verstärker 'vorhanden ist, nut dem das verkleinerte proportionale Signal um einen erheblichen faktor ver\ icifachba- ist. um dadurch ein verstärktes Signal /u erzeugen, das innerhalb ein :s bestimmten Betriebsbere.'chs liegt, um fur den Beirieb des Steuerelements ein Steuersignal /u übertragen, das sich allmählich mhi dem einen Ausgannswen /um anderen hin ändert. ,₅

Bei der erfindungsgemäßen Regelungsvorrichiunü wird also ein Sollwert von dem Ausgangssignal d>-r Meßvorrichtung subtrahiert, und der Rest des Ausgangssignals wird um einen beträchtlichen Faktor, beispielsweise um den Kaktor 8 verstärkt, um auf diese Weise ein Ausgangssignal /u erzeugen, das eine erhebliche Variationsbreite aufweist. Wenn beispielsweise 0.24b kp/cm^: von dem Ausgangssignal eines Strömungsgeschwmdigkeitsreglcrs subtrahiert werden, und danach eine Sfaehe Verstärkung benui/i wird, so liegt das am linde zur Verfugung stehende Ausgangssi^nal. Jas der Vergleichsvornchtung zugeführt wird, im Hereich /wischen 0.28 und 1.4 kp. cm-'. In der Praxis weiden der Beirag, der von dem -\usgangssignal subtrahiert wird, sowie der benutzte Verstärkungsfaktor so ^o vorherbestimmt, daß das der Vergleichsvornehuing /ugeführte Signal in einem bestimmten Betriebsbereich hegt, der kein instabiles RegeKerhalien erwarten lalii. Hei der erfindungsgemalien Vorrichtung gilt hi-.-rfur der Bereich von 0,21 bis 1.05 kp cm-'.

Da das der Vergleichsvon k h;-:pL: /.ngetuhrle Ausgangssignal eine erhebliche Schwankungsbreite besii/.i. wird eine größere Empfindlichkeit erreicht. Das von der Vergleichsvornchtung kommende Ausgangssignal kann jedoch genauso gut eine erhebliche Große erreiehen. Dieses von der Vergleichsvornchtung kommende Ausgangssignal dient zur Steuerung b/w. Regelung des Stellglieds, und /war über einen Hilfsantrieb. Um nun /.u verhindern, daß das Stellglied abrupten Signaländerungen erheblicher Höhe ausgesetzt wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, im Ausgang der Vergleichsvorriehtung eine an sich bekannte Drosseleinrichiung zu verwenden, wodurch das Regelsignai zur Betätigung des Stellglieds sich nur allmählich /wischen seinen beiden extremen Werten ändert.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. I ein Schaltschema einer Regelungsanlage, bei der die Kombination von nin/citeilen gemäß der vor- ss liegenden Erfindung verwendet wird.

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines I : ! vorgespannten Relais, das in der in F-" i g. 1 gezeigten Regelungsanlage verwendet werden kann.

F i g. J eine schematische Darstellung eines Vervielfachungsrelais. da:, ;n der in F i g. 1 gezeigten Regelungsanlage verwendet werden kann, und

F 1 g. 4 eine schematische Darstellung eines Vergleicherrelais, das in der in F ι g. 1 ge/eigieii Regelungsanlage verwendet wer Jen kann <>5

In Fig. 1 is: eine Leitung Il gezeigt, die die zu regelnde Größe führt. In der besonderen ge/eitrten \n'ui te wird die Durchflußgeschwindigken geregelt. μ.-·!.πίι konnte die Regelgröße auch eine andere Funktion sein, wie /. B. Druck, Temperatur, Geschwindigkeit usw. Die Durchflußgeschwindigkeit in der Leitung Il wird durch ein Meßinstrument 13 festgestellt. Ferner ist eii; Luftdruck, der sich auf Änderungen der Meßgröße hin ändert, vorgesehen. Dieser Luftdruck wird durch ein Übertr.igungsgeräi 14 zugeführt, das auf Änderungen der gemessenen Verfahrensgröße anspricht. Derartige Meß- und I ibertragungsinstrumente sind bekannt. Ein Beispiel fur ein Instrument, das in der vorliegenden Regelungsanlage verwendet werden könnte, wird von der Firma F'oxboro & Co. hergestellt und ist als deren »1 Ja-IU)W transmitter« bekannt. Der der Änderung der Meßgroße proportionale pneumatische Druck wird über eine Leitung 15 einem 1 : I-Vorspannrelais zugeführt. Jas für den Gebrauch in der Anlage negativ vorgespannt ist. Diese negative Vorspannung ruft ihrem Wesen nach eine feste Subtraktion eines bestimmten Druckwerts von dem Drucksignal hervor, das von dem Stroinungsübertragungsgerüt (flow-transmitter) 14 empfangen wird. Das oben erwähnte Strömungsübertrag'ingsgerät 14 bildet ein Ausgangsdrucksignal, des sen voller Änderungsbereich sich von 0.2! bis 1.05 kg'cm^; erstreckt. Dieser Änderungsbereich reicht i;ber den gesamten Anderungsbereich der Meßgroße. Das I : 1 -Yorspannrelais ist demnach so eingestellt, daß ein bestimmter Betrag des Drucks von dem Signal abgezogen wird, um ein Ausgangssignal zu bilden, dessen Wen innerhalb des fur die anschließenden Vorgange bevorzugten Bereichs hegt. Das Ausgangssignal des ! :l Vorspjr.nrelais 17 wird über eine Leitung 19 einem VemeiiaehungMelais 21 zugeführt. Das V'emellachungsrelais 21 nimmt, wie der Name besagt, eine Vervielfachung der gemessenen Druckanderungen her-Mir Bei den bekannten pneumatischen Regelungsanlagen sind /war Vervielfat hiingsrelais verwendet worden, ein Verviellaehungslaktor von etwa 2 war jedoch ,!er höchstmögliche Wen, da jeder höhere Muliiplikanonsfaktor da/u fuhrt, die Stabilität der Anlage /u stören. In tier hier beschriebenen besonderen Ausluhrungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Multiphkationsfaktor von 8 angewendet, ohne daß die Stabilität der Anlage in irgendeiner Weise gestört wurde, wie es bei den Anlagen gemäß dem Stand der Technik der Fall ist. F.s ist nun klarer ersichtlich, warum das 1 : 1-Vorspannrelais mit einer negativen Vorspannung verwendet wird. Die negative Vorspannung bringt das Drucksignai auf einen geringeren Druckwert, so dal.! die Vervielfachung, wenn sie stattfindet, /u einen' Druck führt, der sich innerhalb des gewünschten Bereichs von 0.21 bis 1.05 kg/cm- bewegt. Das vervielfachte Drucksignal von dem Vervielfachungsrelais 21 win über eine Leitung 25 und eine Leitung 25 einer f\egi stner-Regeistation (recorder control station) 27 züge führt, an der das Signal nebenbei aufgezeichnet wird Die Bedeutung der Regelstation 27 besteht in der Er zeugung des Soll-Werts, d. h., des Signalwerts, der dei Verstellung des Stellglieds entspricht, durch die der ge wünschte Wert der Meß- oder Regelgröße erzeug wird. Es gibt eine ganze Reihe von Registrier-Regelsta tionen. die erfindungsgemäß verwendet werden könn !•-■n. Als ein Beispiel eines bekannten Registner-Regel geräts sei das Gerat mit der Typenbez.eichnung Bristij 001 B) töO angeführt, welches ein Erzeugnis der Firm; Bristol Company. Waterbury. Connecticut ist. Das ai der Regisirier-Regelstation 27 hervorgerufene, den Soll-Wert proportionale Signa! wird über eine l.eitun; 29 einem Vergleieherreluis 31 zugeführt. Fjne weiter

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GUY

Eingangsgröße wird dem Vcrgleicherrclais 31 über eine Leitung 33 zugeführt und besteht aus dem vervielfachten Drucksignal von dem Vervielfachungsrelais 21. Das Vergleicherrelais 31 vergleicht das vervielfachte Signal mit dem dem Soll-Wert proportionalen Signal und erzeugt eine Ausgangsgröße unter vollem Druck, wenn das vervielfachte Signal kleiner ist. als das .Soll-Wert-Signal und erzeugt keinen Aiisgangswert. wenn das vervielfachte Signal größer ist. als das Soll-Wert-Signal. Somit ist das Vergleicherrelais 31 eine Hin-Aus- oder Ja-Nein-Vorrichtung, die, wie zuvor erwähnt, die einfachste und billigste Art der Regelung ist. Die Ausgangsgröße des Vergleicherrelais 31 wird über eine Leitung 35 einer verstellbaren Drosselungsstelle in der Leitung zugeführt. Die verstellbare Drossclungssielle 37 ruft eine Drosselung des Drucks übertragenden Druckmittelstroms von dem Vergleicherrclais 31 hervor, wenn das Ausgangssignal des Vergleicherrelais 31 eine unter vollem Druck stehende Ausgangsgröße ist. Ohne das Wesen der Strömung durch eine Drosselung theoretisch zu erörtern ist es csichtlich. daß die Drosselung 37 als ein Widerstand R dahingehend wirkt, daß der an ihr angelegte Druck so durch sie hindurchgeht. daß eine Verzögerung hervorgerufen wird und der Druck sich an der anderen Seite der Drosselung gemäß einer /?C-Zeitkonstante aufbaut, bei der R(Widerstand) von der Größe der Drosselung abhängt und Cdie Kapazität oder das Volumen der Anlage hinter der verstellbaren Drosselung ist. in die sich der durch die Drosselung hindurchgegangene Druckmittelstrom ausdehnen kann.

Wenn das Vergleicherrelais 31 kein Ausgangssignal liefert, gestattet die verstellbare Drosselstellc 37. daß der hinter der Drosselstelle aufgebaute Druck auf atmosphärischen Druck absinkt, wodurch das dem Stellglied zugeführte Signal gemäß der oben erwähnten RC (Widerstand) (Kapazität)-Zeitkonstante der Drosselstelle verringert wird. An die Leitung 39. die von der verstellbaren Drosselstelle 37 zu einem 1 : t-Hilfsrelais 41 verläuft, ist ein kleiner Speicherbehälter 43 angeschlossen, mit dessen Hilfe das richtige Kapazitäisvolumen für die gewünschte /?C-Zeitkonstante der verstellbaren Drossclstelle 37 erhalten werden kann. Das 1:1-Hilfsrelais 41 ist vorgesehen, um einen Druckabfall in dem großen Leitungsvolumen zu verhindern, der vor der Anlegung des Drucksignals an dem Stellglied vorhanden sein kann, und um einen Fehler infolge eines unbemerkten Lecks in der Anlage zu verhindern. Das Hilfsrelais 45 führt der Leitung ein genügend großes Druckmittelvolumen zu. Es sei darauf hingewiesen, daß das 1 :1-Hilfsrelais eine Ausgangsgröße liefert, die seiner Eingangsgröße entspricht. Daher liefert es ein Ausgangsdrucksignal, das sich mit einer /?C-Zeitkonstante gemäß dem durch die verstellbare Drosselstelle 37 erzeugten Signa) ändert. Das Ausgangssignal des Relais 41 wird über eine Leitung 45 der Umschaltstation 47 für Handbetrieb und automatischen Betrieb zugeführt. Die Station 47 ist eine Schaltstation in der Form eines Dreiwegeventfls, mit dem von der Handbetätigung des Stellglieds auf seine automatische Betätigung und umgekehrt umgeschaltet werden kann. Die Handbetrieb-Automatik-Station ist ein für pneumatische Regelanlagen bekannter Bestandteil. Ein Beispiel für eine derartige Station 47 ist die unter der Typenbezeichnung »Bristol Manual Loader 00 BK 652« bekannte Vorrichtung, ein Erzeugnis der Firma Bnstoi Company, Watcrbury, Connecticut. Bei der automatischen Betriebsweise geht das durch das 1 :1-Hilfsrelais 41 gelieferte Drucksignal durch die Handbetrieb-Automatik-Station 47 hindurch und wird über eine Leitung 49 dem Stellglied zugeführt, das in diesem Fall der Regler an der Luftturbine 51 ist. Wenn die Handbetrieb-Automatik-Station 47 auf die Handbetriebsweise eingestellt wird, nimmt die Bedienungsperson eine Verstellung gemäß dem Wert der Regelgröße vor. wodurch das Drucksignal erzeugt wird, das dem Stellglied zugeführt wird, um die Regelgröße zu regeln. Hs ist verständlich, daß ein sttifenloser

ίο Obergang von der Handrcgelung zur automatischen Regelung nicht erzielt werden kann, da das Drucksignal bei der automatischen Regelung von dem durch die Bedienungsperson bei der Handregelung eingeführten Signal sehr verschieden sein kann. Daher ist zur Vc-rhin-

IS derung eines Hinschaltstoßes an dem Regclglied bei der Umschaltung von der Handbetätigung zur automatischen Betätigung eine Rückkopplungscinrichtung vorgesehen, die eine Leitung 53 umfaßt, die von der Leitung 49 zu der zu dem I : 1-Hilfsrelais 41 führenden Leitung 39 verläuft. Hin Rückkopplungs-Nadelventil 55 ist in der Leitung 53 angeordnet und ermöglicht es. daß ein Rcgeldruck. der dem Regeldruck in der Leitung 49 gleich ist. dem 1 : 1-Hilfsrelais 41 zugeführt wird. Wenn also der dem Relais 41 zugeführte Druck geringer ist.

als der sich aus der Handverstellung ergebende Regeldruck, gestattet das Nadelventil 55 den Aufbau des Drucks in dem Rückkopplungssystem auf den Regeldruckwcrt. Wenn andererseits das dem Relais 41 zugeführte Drucksignal höher ist. als der sich aus der Handverstellung ergebende Regeldruck, wirkt das Nadelventil 55 als Ausgleichseinrichtung und verringert den höheren Druck auf den niederen Druck. Somit findet bei dem Umschalten auf die automatische Betriebsweise ein stufenloser Übergang statt, da der Druck sowohl in der automatischen Anlage als auch in der handbetätigten Anlage ursprünglich der gleiche ist. Es ist eine Anlage beschrieben worden, die die verhältnismäßig einfache und billige Ein-Aus-Regelungsart anwendet und dennoch eine verhältnismäßig stufenlose Regelung der Regelgröße erzielt. Es wurde festgestellt, daß die beschriebene Regelungsanlage 10- bis 20maI so empfindlich ist wie die proportionalen Regelungsanlagen gemäß dem Stand der Technik, und das die beschriebene Regelungsanlage frei von der Unstabilitijt ist. die für gewöhnlich durch jede nennenswerte Vervielfachung der gemessenen Änderungen der Regelgröße hervorgerufen wird. Ein geeignetes 1 : 1-Vorspannrelais zur Verwendung als das Teil 17 in F i g. 1 ist schematisch in F i g. 2 gezeigt. Das Vorspannrelais weist ein erstes Gehäuse 57 und ein zweites Gehäuse 59 auf. die durch eine biegsame Membran 61 voneinander getrennt sind. Die Leitung 15 steht mit dem Inneren des Gehäuses 57 in Verbindung, so daß der Druck in dieser Leitung eine nach unten gerichtete Kraft auf die Membran 61 ausübt. An dem Gehäuse 59 ist ein Bodengehäuse 63 ange bracht, und zwei biegsame Membranen 65 und 67 sind dazwischen angeordnet. Die Membranen 65 und 67 sind durch einen porösen Stoff 69 voneinander getrennt und der Bereich zwischen den Membranen steht durch eine Öffnung 71 mit der Außenluft in Verbindung. Eine Kammer 81 in dem Gehäuse 59 wird durch einen Durchgang 75 mit Druckluft gespeist und eine Kammer 76 über der Membran 65 wird durch einen Durchgang 77 mit einer darin ausgebildeten Verengung

78 mit Druckluft gespeist. Die Auslaßleitung 19 steht in Verbindung mit einer Kammer 79 unterhalb der Membran 67 und mit einer Kammer SG snterhgih der Membran 61.

Die Kammern 81 und 79 sind durch ein Ventil miteinander verbunden, das eine Kugel 82 umfaßt, die tn einem Ventilsitz 83 sitzt. Eine Feder 84 drückt die Kugel 82 normalerweise in Anlage an den Ventilsitz 83. Ein Stab 85 liegt auf der Kugel 82 auf und verläuft nach oben, um einen Ventilkopf 86 zu bilden, der in der Lage ist, eine Öffnung 87 zu verschließen, die zwischen der Kammer 79 und dem Bereich zwischen den Membranen 65 und 67 verläuft. Eine Druckfeder 88 drückt normalerweise die Membran nach oben, und gestattet dem Druck aus der Kammer 79, durch die Öffnungen 87 und 71 in die Außenluft abgeleitet zu werden. Die Kammern 76 und 80 sind durch ein Ventil getrennt, das einen Ventilkopf 89 aufweist, der in der Lage ist. auf einem Ventilsitz 90 aufzuliegen. Der Ventilkopf 89 ist an der Membran 61 befestigt, so daß er auf dem Ventilsitz 90 aufliegt, wenn die Membran nach unten gedrückt wird. Eine Feder 91 ist mit ihrem unteren Ende an der Membran 61 und mit ihrem oberen Ende an einer Stellschraube 92 befestigt. Durch Drehung der Stellschraube 92 wird damit die von der Feder 91 auf die Membran 61 ausgeübte Kraft reguliert. Die Feder 91 ist so an der Stellschraube 92 und der Membran 61 befestigt, daß auf die Membran entweder eine Druckkraft oder eine Zugkraft ausgeübt werden kann.

Es ist ersichtlich, daß die auf die Oberseite der Membran 61 ausgeübte Kraft die Summe der Kräfte ist, die von der Feder 91 und von dem Druck in der Leitung 15 ausgeübt werden. Die Feder 91 übt in dem 1 : 1-Vorspannrelais eine Zugkraft aus, so daß die gesamte auf die Membran 61 ausgeübte Kraft um einen bestimmten Betrag geringer ist, als die durch den Druck in der Leitung 15 ausgeübte Kraft, wodurch die Vorspannung des Relais hervorgerufen wird.

Der durch die Leitung 75 zugeführte Druck wird durch die Verengung 78 in die Kammer 76 übertragen und durch das Kugelventil in die Kammer 79. Der Druck in der Kammer 79 ist auf Grund des Auslaufens durch den Durchgang 87 geringer als der zugeführte Druck. Die Feder 88 übt eine nach oben gerichtete Kraft auf die Membran 67 aus, um diesen Druckunterschied auszugleichen. Die Kammern 76 und 80 stehen durch das oberste Ventil in Verbindung miteinander. Die auf die Oberseite der Membran 61 ausgeübten Kräfte begründen den Einstellwert dieses obersten Ventils und die Geschwindigkeit, mit der der Druck durch das Ventil übertragen wird. Es ist ersichtlich, daß die verschiedenen Kräfte einen Gleichgewichtszustand hervorrufen, so daß der Auslaßdruck in der Leitung 19 auf einem bestimmten Wert gehalten wird, der entweder größer oder kleiner ist als der Druck in der Leitung 15. je nach der durch die Feder 91 ausgeübten Kraft. Dieses 1 :1-Vorspannrelais ist eine auf dem Markt befindliche Vorrichtung und bildet nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung als solcher. Es ist offensichtlich, daß auch andere Arten bekannter Druckvorspannrelais für diesen Zweck verwendet werden können.

F i g. 3 ist eine schematische Darstellung eines Ver vielfachungsrelais, das als Vervielfachungsrelais 21 in F i g. 1 verwendet werden kann.

Das Vervielfachungsrelais gemäß F i g. 3 arbeitet nach dem Kraftvergleichsprinzip. Das Relais 94 schickt Luft, die von einer Luftzufuhr aus der Leitung 95 zuge-Führt wird, in eine Ausgangsleitung 96 gemäß dem dem Relais über eine Leitung 97 zugeführten Druck. Dieser Druck wird durch die Tätigkeit einer Düse 98 in Verbindung mit einer »Schwimmerscheibe« 99 erzielt Unter nochmaligem Hinweis auf das Kraftvergleichsprin zip wird der Druck in der Leitung 97 durch den beson deren Abstand der Düse 98 von der Schwimmerscheib 99 bestimmt. Je näher sich die Schwimmerscheibe 99 ai der Düse 98 befindet, desto größer ist der Druckaufbai in der Leitung 97 und, demzufolge, desto größei* ist de Ausgangsdruck, der von dem Relais 94 erhalten wird.

Die Stellung der Schwimmerscheibe 99 gegenübe der Düse 98 wird durch den Eingangsdruck bestimm! der durch die Leitung 19 zugeführt wird und einen BaIf

ίο 101 dahingehend beeinflußt, daß er die Schwimmer scheibe 99 entsprechend einstellt. Der Ausgangsdrucl· des Relais in der Leitung % wird nicht nur über die Leitung 23 in den übrigen Teil der Anlage übertragen sondern wird auch zu einem Balg 103 rückgekoppelt Dieser Druck bewirkt die Rückverstellung der Schwimmerscheibe 99 zum Ausgleich der dort wirkenden Kräfte. Der Verhältnis-Verstcllhebel 105 kann versteilt werden, um die Einstellung der Schwimmerscheibe 99 und der Düse 98 auf ein in den Balg 101 eingeführtes Drucksignal hin zu beeinflussen. Somit ist verständlich, daß die Änderungen des Ausgangsdrucks von dem Vervielfachungsrelais den Änderungen des Drucks in dem Eingangsbalg 101 um einen Betrag, der von der Einstellung des Verhältnis-Verstellhebels 105 abhängt, proportional sind. Eine Reihe von Herstellern stellen ein Vervielfachungsrelais her, das auf dem oben erwähnten Prinzip beruht, wie z. B. das Vervielfachungsrelais mit der Bezeichnung »Multiplying Relay Model 57Z«. das von der Firma Foxboro Company. Foxboro, Mass. hergestellt wird.

In F i g. 4 ist ein Vergleicherrclais schematisch dargestellt, das zur Verwendung als Vergleicherrelais 31 gemäß F i g. 1 geeignet ist. Das Relais besteht aus einem oberen Gehäuse 125. einem Entlüftungsring 126, einem Auslaßblock 127, einem mittleren Membranring 128 und einem unteren Gehäuse 129. In dem Gehäuse befindet sich eine obere Kammer 131, eine untere Kammer 131 und eine von dieser durch eine Membran 135 getrennte Kammer 133 und eine von der Kammer 133 durch eine ähnliche Membran getrennte Kammer 137. Eine ähnliche Doppelmembran 141 und 142 ist ferner über einer unteren Kammer 143 vorgesehen, und bildet zwischen den Membranen 141 und 142 eine Kammer 145. Die oberen und unteren Membrananordnungen, die zwischen den jeweiligen Membranen die Kammern 133 und 145 bilden, sind durch Verbindungsschrauben 152 und 154 starr miteinander verbunden. Somit ist die gesamte innere Anordnung des Relais als eine Einheit in dem Gehäuse bewegbar, wobei diese Bewegung nur durch die Membranen 135. 139 und 141, 142 begrenzt wird. Die Luftzufuhr wird durch eine Leitung 164 in dem mittleren Membranring 128 in die Kammer 145 geliefert. Überschüssige Luft wird durch eine Öffnung 156 in dem Auslaßblock 127 und die Leitung 35 ausgelassen. Es ist auch ersichtlich, daß der Ausgangsdruck des Relais an der Ausgangsleitung 163 durch den Auslaßblock 127 erhalten wird. Die Öffnungen 156 und 159 sind je nach der Stellung eines Stopfens 158 geschlossen oder offen. Wenn die innere Anordnung des Relais nach unten bewegt wird, wird der Stopfen 158 nach unten aus der Öffnung 156 herausbewegt. Wenn sich die innere Anordnung nach oben bewegt, bewegt sich der Sitz 161 von dem Stopfen 158 hinweg, so daß «in Durchgang 159 geöffnet wird Der Stopfen 158 weist an seinem unteren Ende einen Kolbenteil 160 auf, der ein E»de einer Feder 162 aufnimmt und hält, die bestrebt ist, den Stopfen 158 in seiner obersten Stellung an dem Stopfensitz 161 zu halten. Bei Betrieb des Vergleicher-

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relais wird das DniL'ksignal von dem Druckrelais 21 über die Leitung 2S eingeführt und ruft einen entspreehenden Druck auf der die Bodenwand linr Kammer 131 bildenden Membran hervor. Ferner wird das Drucksignal, das dem Soll-Wert proportional ist. von der Fingangsleitung 33 in die Kammer 143 eingefüllt'! und ruft dadurch einen entsprechenden Druck auf der die obere Wand der Kammer 143 bildenden Membran 142 hervor. Da die innere Anordnung, d. h.. die beiden Membrananordnungen. starr miteinander verbunden sind, bewirkt der Unterschied /wischen den Drücken in den Kammern 131 und 143 eine entsprechende Bewegung der inneren Anordnung, wodurch die Stellung des Stopfens 158 und demzufolge die Ölfnung oder Schließung der Öffnungen 15b und 159 gesteuert wird. In dem Fall, in dem das Signal von dem Vervielfachungsrelais 21 grölter als das Soll-Wert -Signal ist. belegen sich beide Membrananordnungen nach unten, wodurch der Stopfen 158 nach unten bewegt wird und die öfmii;,g 156 freigibt, wodurch der Druck in der Kammer 1 37 durch die Öffnung 156 und die Leitung 35 an die Aul.ienluft abgeführt wird und der Ausgangsdruck auf Null verringert wird. Bei entgegengesetztem Druckunterschied bewegen sieh die Membrananordnungen nach oben und bewirken dadurch, dall der Stopfen !58 die Öffnung 156 verschließt und den Durchgang 159 öffnet, um dadurch der Kammer 137 und damit der •Niisgangsleiiung 163 den vollen Druck zuzuführen. Daher liefen der Betrieb des Vergleicherrelais 31 einen vollen Ausgangsluftdruck, wenn das vervielfachte Eingang signal geringer ist, als der Druck des Soll-Wert-Sign.iix. und kein Ausgangssignal, wenn das vervielfachte f.Hig.ingsdrticksignal geringer ist, als das Soll-Wen-Signal. I:s ist verständlich, daß die entgegengesetzte Wirkungsweise erzielbar ist. wenn das Soll-Wert-Signal und das vervielfachte Eingangssignal miteinander ausgetauscht vs erden.

Wie /u\or erwähnt, ist das I : 1-Hilfsrclais 41 im wesentlichen dasselbe wie das in F i g. 2 gezeigte I :1-Vorspannrelais bei einem Vorspannzustand von Null.

Die verschiedenen zuvor beschriebenen pneumatisl hen Relais sind !ediglich Beispiele für die Arten von Relais, die in der Regellingsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Fs können auch eine Reihe anderer Mechanisierungen verwendet werden, die in der Lage sind, dieselben Funktionen auszuüben. Demzufolge ist es verständlich, daß die hier beschriebenen Relais und anderen Bestandteile keinen Teil der Frfindung als solcher bilden und daß die Frfindung \ ieiinehr in der Kombination dieser Bestandteile /u einer verbesserten Regelungsanlage bezieht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Regelungsvorrichtung zur Steuerung eines Stellgliedes zur Regelung einer veränderlichen Meßgröße, mit einer Meß- und Übertragungsvorrichtung /ur Erzeugung' eines Signais, das proportional einer McügroUcnänderung ist, ferner mit einer Soilwerteingabecänrichtung. mit der ein Beiriebssoilweri für die Regelungsvorrichiung einfuhrbar und ein entsprechendes Sollwerisignal er/eugbar ist, mit einem Vergleicher »um Vergleichen des proportionalen Signals mit dem Sollwertsignal, der zwischen zwei Ausgangswerten arbeitet, nämlich ein maximales Ausgangssignal erzeugt, sobald das proportionale Signal kleiner ist als das Sollwertsi gnal. und kein Ausgangssignal erzeugt, sobald das proportionale Signal größer ist als das Sollwertsignal, und mit einer vorzugsweise einstellbaren Signaldrosseleinrichtung. dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspanneinrichtung (17) sorgesehen ist. durch die ein bestimmter Wert von dem proportionalen Signal, das -.on der Meß- und Übertragungseinrichtung (14) erzeugt wird, abziehbar ist, und daß ein Verstärker (41) vorhanden ist. mit dem das verkleinerte proportionale Signal um einen erheblichen Faktor vervielfachbar ist. um dadurch cm verstärktes Signal zu erzeugen, das innerhalb eines bestimmten Betriebsbereichs liegt, um fur den Bet rieh des Steuerelements ein Steuersignal zu übertragen, das sich allmählich von dem einen Ausgangswert zum anderen hin ändert.

2. Reifungsvorrichtung nach Anspruch I. bei der die Meß- und Übertragungseinrichtung eine Kraltgletchgew ichis-Druckineßeinriehiung ist. dadurch gekennzeichnet, dall die Vorspanneinrichtung (17) ein pneumatisches, negativ vorgespanntes Relais aufweist, das zum I niplang des proportional pneumatischen Drucksignals und zur Silbstraktion eines bestimmten Druckuerts von diesem Signal, der durch den Betrag der .in dem Relais angelegten negativen Vorspannung bestimmt ist. an die Meß- und Übertragungseinrichtung (14) ungeschlossen ist. wobei an das vorgespannte Relais ein Signalvervielfachungsrelais angeschlossen ist.

3. Regclungsvoi richtung nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß an den Signalverstärker (41) eine pneumatische Druckmittelquelle angeschlossen ist. und daß durch diesen Verstärker ein Ausgangssign.il er/eugba' ist. das einem von der Drosscleinrichtung (37) abgegebenen .Stellsignal proportional ist und die zur Aufrechterhaltung des Druckwerts des verstärkten Signals erforderliche Druckmittclmenge der Druckmiuelquelle entnimmt.

4. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3. gekennzeichnet durch eine /wischen der Drosicleinrichtung (37) und dem Steilglied geschaltete, zwischen Handsteuerung und automatischer Steuerung umschaltbare Schaltstation (47) und durch eine Rückkoppclungsvornchiiing zwischen dieser Station und dem F.mgang des Verstärkers (41) zur stoßfreien Umschaltung von manueller auf automatische Steuerung.

5. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkoppelungsvorrichtung ein Nadelventil (55) aufweist, mit dem dem Verstärker (41) ein Signal zuführbar ist. das bei Handbetrieb der Steuerstation (47) dem dem Siel: glied aufgedrückten Signal entspricht.